專利名稱：總線驅(qū)動的智能卡讀寫器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及數(shù)字存儲器信息的寫入或讀出裝置，尤指一種利用微型計算機總線作為數(shù)據(jù)交換接口的總線驅(qū)動的智能卡讀寫器。
集成電路卡簡稱IC卡，又稱作智能卡，分為存儲器卡(Memory Card)和微處理器卡(簡稱CPU卡)，目前市場上傳統(tǒng)的智能卡讀寫器(簡稱IC卡讀寫器)的基本邏輯框圖參見

圖1，這些IC卡讀寫器與微型計算機(簡稱PC機)的連接都使用串行接口也既RS-232接口連接，用9芯或25芯連接器。使用串行口的好處是接口簡單，但存在著以下幾個方面的缺點1、目前IC卡讀寫器對不同種類IC卡的識別和處理程序都放在IC卡讀寫器內(nèi)部，這樣由于內(nèi)部中央微處理器(CPU)和只讀存儲器(ROM)大小的限制，它所能識別和處理的已有卡的種類有限，對新種類的IC卡更是無能為力。另外大多數(shù)的IC卡讀寫器無安全訪問模塊卡(簡稱SAM卡)，無法對IC卡座之上的IC卡進行身份認證，安全性不是很高。
2、占用一個串行接口目前微型計算機的主機上一般提供二個串行智能卡讀寫器口為串行口1(COM1)和串行口2(COM2)，一般調(diào)制解調(diào)器(MODEM)和鼠標(MOUSE)已占用1-2個，有可能已無法連接，即使有一個空余串行口供讀寫器使用，但用戶以后就不能再增加串行設(shè)備了。
3、速度慢目前的IC卡讀寫器和PC機交換數(shù)據(jù)通過RS-232串行接口來進行，速度一般僅為9600bit/s，而且傳輸中誤碼率較大。
4、使用不方便目前的串行接口式智能卡讀寫器需要一個外接電源，使用上比較麻煩。
本實用新型的目的是提供一種總線驅(qū)動的智能卡讀寫器，使用微型計算機的總線作為數(shù)據(jù)交換的通信接口通過IC卡讀寫器能夠方便地讀寫所有的IC卡，并提供非常高的安全性和可靠性，且能使它成為PC機的一種標準配置。
為了實現(xiàn)上述的任務(wù)，本實用新型的解決方案是設(shè)計一種總線驅(qū)動的IC卡讀寫器，利用微型計算機總線作為數(shù)據(jù)交換的通信接口通過IC卡讀寫器來讀寫IC卡，該IC卡讀寫器包括對IC卡讀寫的單片機系列部分、讀卡座及其切換和驅(qū)動部分；其中對IC卡讀寫的單片機系列部分，包括單片微處理器、隨機存儲器、地址鎖存器等；該單片微處理器、隨機存儲器、地址鎖存器通過數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線方式相連；讀卡座及其切換和驅(qū)動部分，包括時鐘脈沖邏輯和電源控制邏輯、存儲器卡和CPU卡讀寫的切換和驅(qū)動邏輯、SAM卡的卡座切換和驅(qū)動邏輯、IC卡與IC卡讀寫器連接的IC卡座、SAM卡與IC卡讀寫器連接的SAM卡座；其特點在于還包括IC卡讀寫器和微型計算機總線通信的接口部分；該IC卡讀寫器和微型計算機總線的接口部分包括微型計算機總線插槽和可編程邏輯器件；其中該可編程邏輯器件設(shè)置成具有數(shù)據(jù)通道邏輯、狀態(tài)通道邏輯、地址譯碼邏輯、控制總線邏輯、存儲器卡讀寫邏輯；該可編程邏輯器件通過數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線方式連接于微型計算機總線與單片機系列之間，且該可編程邏輯器件中的存儲器卡讀寫邏輯連接到讀卡座及其切換和驅(qū)動部分。
由本實用新型的結(jié)構(gòu)特征可知，本實用新型和現(xiàn)有的IC卡讀寫器相比較具有如下有益效果1)本實用新型的IC卡讀寫器使用了總線接口方式與PC機連接，數(shù)據(jù)傳輸可靠性高，速度快，節(jié)省了串行口資源且能方便用戶使用，更主要的是只要更新PC機程序，它能識別和處理的IC卡是無限制的，而且對于每張新類型的卡只要更新一次。
2)本實用新型的IC卡讀寫器可同時容納認證身份的SAM卡和采取唯一硬件標識，極大地提高了使用IC卡的安全性，使用于商場的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之中時，用戶可以非常放心地在網(wǎng)上購物，網(wǎng)上進行銀行帳戶管理，網(wǎng)上身份認證等。
3)本實用新型的IC卡讀寫器可適用于所有PC機型，用戶界面良好，適用在DOS，UNIX，Windows等所有主流操作系統(tǒng)下工作，操作直觀方便。
以下結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式
作進一步的詳細描述圖1是現(xiàn)有技術(shù)的IC卡讀寫器邏輯框圖。
圖2是本實用新型的IC卡讀寫器邏輯框圖。
圖3是讀卡器和微型計算機總線接口部分以及對IC卡讀寫的MCS-51單片機系列的電路原理圖。
圖4是讀卡座及其切換和驅(qū)動部分電路原理圖。
請參閱圖2所示，本實用新型的IC卡讀寫器，它與PC機聯(lián)在一起工作，通過微型計算機總線進行數(shù)據(jù)傳輸，完成對IC卡的讀寫以及數(shù)據(jù)處理功能，其由三部分組成第一部分是對IC卡讀寫的單片機系列部分；包括單片微處理器、隨機存儲器、地址鎖存器等，且通過計算機的總線方式相連。
第二部分是讀卡座及其切換和驅(qū)動部分；包括時鐘脈沖產(chǎn)生邏輯和電源控制邏輯、卡座切換和驅(qū)動邏輯、IC卡與IC卡讀寫器連接的IC卡座、SAM卡與IC卡讀寫器連接的SAM卡座。
第三部分是IC卡讀寫器和微型計算機總線通信的接口部分；包括微型計算機總線插槽和可編程邏輯器件，該可編程邏輯器件設(shè)置成具有數(shù)據(jù)通道邏輯、狀態(tài)通道邏輯、地址譯碼邏輯、控制總線邏輯、存儲器卡讀寫邏輯。
本實用新型的IC卡讀寫器在外觀結(jié)構(gòu)上可分為二部分一部分為主控制卡部分，它插入微型計算機的總線插槽，另一部分為卡座部分，它被安裝在PC機的軟驅(qū)部位，通過一根屏蔽電纜線和主控制卡連接，用戶在PC機的軟驅(qū)部位即可方便地插拔IC卡。
下面再結(jié)合圖3和圖4的具體電路原理圖，再詳細介紹本實用新型的IC卡讀寫器的內(nèi)容。本實用新型的IC卡讀寫器，主要包括三部分，第一部分是對IC卡讀寫的單片機系列部分；第二部分是讀卡座及其切換和驅(qū)動部分；第三部分是IC卡讀寫器和微型計算機總線通信的接口部分。
(一)對IC卡讀寫的單片機系列部分(參閱圖3所示)由單片微處理器U102、隨機存儲器U104、地址鎖存器U103、晶振U105等器件組成了最基本的MCS-51單片機系列，完成的主要功能是對IC卡的加電和識別、從IC卡中讀取數(shù)據(jù)或向IC卡寫入數(shù)據(jù)、通過可編程邏輯器件U101從微型計算機總線讀取數(shù)據(jù)或向微型計算機總線寫入數(shù)據(jù)；其中單片微處理器U102選用型號為89C51的8位單片微處理器(CPU)，該CPU之中內(nèi)置了4K*8字節(jié)的只讀程序存儲器(ROM)，在ROM之中固化有IC卡讀寫器工作的程序，主要包括對IC卡的加電、識別、與PC機總線通信及處理程序。
另外單片微處理器U102(89C51)引腳定義如下P0.0-P0.789C51數(shù)據(jù)/地址(低8位)總線，P2.0-P2.789C51高8位地址總線，RD 89C51讀信號，WE 89C51寫信號，RESET89C51復(fù)位信號，X1，X2 89C51時鐘輸入端，ALE 89C51數(shù)據(jù)/地址鎖存信號，P1.0 CPU卡RST信號，P1.1 SAM卡RST信號，
P1.2SAM卡I/O信號，P1.4CPU卡I/O信號。
隨機存儲器U104選用型號為6264的芯片，是8K*8字節(jié)的靜態(tài)隨機存儲器，用于存放IC卡讀寫器工作運行之中的參數(shù)和數(shù)據(jù)。
地址鎖存器U103選用型號為74HC373的芯片，用于鎖存單片微處理器U102的P0.0-P0.7數(shù)據(jù)/地址(低8位)總線之中的低8位地址總線信號。
晶振U105的頻率是11.0592兆，晶振U105和電容C101、C102及電阻R101構(gòu)成單片微處理器U102的時鐘脈沖頻率，且向單片微處理器U102提供工作時鐘脈沖。
上述的單片微處理器U102、隨機存儲器U104、地址鎖存器U103、通過數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線方式相連組成了一套最基本的MCS-51單片機系列。
(二)讀卡座及其切換和驅(qū)動部分(參閱圖4所示)讀卡座及其切換和驅(qū)動部分包括1個IC卡與IC卡讀寫器連接的IC卡座J301，以提供IC卡電源，時鐘脈沖和讀寫數(shù)據(jù)等。
4個SAM卡與IC卡讀寫器連接的SAM卡座J302、J303、J304、J305，以提供SAM卡電源，時鐘脈沖和讀寫數(shù)據(jù)等。
電子開關(guān)U301選用型號為4053的集成電路，是二組四選一模擬電子開關(guān)芯片，完成存儲器卡和CPU卡的切換和驅(qū)動邏輯。
電子開關(guān)U302、U303選用型號為4052的集成電路，是三組二選一模擬電子開關(guān)芯片，完成4個SAM卡座J302、J303、J304、J305之間的切換和驅(qū)動邏輯。
鎖存器U304選用型號為74273的集成電路，用于控制U301、U302、U303的控制狀態(tài)，使U301完成存儲器卡和CPU卡的切換和驅(qū)動邏輯，使U302、U303完成4個SAM卡座J302、J303、J304、J305之間的切換和驅(qū)動邏輯。
晶振U21和非門U2D、U2E提供CPU卡和SAM卡的時鐘脈沖，時鐘脈沖信號經(jīng)過U301傳送到IC卡座J301的CLK端，且時鐘脈沖信號也經(jīng)過U303傳送到4個SAM卡座之一的CLK端；晶振U21的頻率為3.579兆(MHz)，非門U2D、U2E選用型號為74HC14的集成電路。
(三)IC卡讀寫器和微型計算機總線通信的接口部分(參閱圖3所示)IC卡讀寫器和微型計算機總線通信的接口部分包括微型計算機總線(PCBUS)插槽PIN101和可編程邏輯器件U101，該可編程邏輯器件U101選用Altera公司的型號為EMP7128的芯片；可編程邏輯器件U101(EMP7128)通過編程后設(shè)置成具有如下邏輯功能1、數(shù)據(jù)通道邏輯；2、狀態(tài)通道邏輯；3、地址譯碼邏輯；4、控制總線邏輯；5、存儲器卡讀寫邏輯。
其中EMP7128編程后引腳定義D0-D7 PC數(shù)據(jù)總線，ANE PC I/O讀寫允許信號，A0-A9 PC地址總線，RESET PC復(fù)位信號，IOW PC I/O寫信號，IOR PC I/O讀信號，AD0-AD7 89C51數(shù)據(jù)總線，MA0-MA2，MA15 89C51地址線，MRD 89C51讀信號，MWE 89C51寫信號，
MRST 89C51復(fù)位信號，PCRST 存儲器卡復(fù)位信號，PCCLK 存儲器卡時鐘信號，PCP存儲器卡P信號，PCT存儲器卡T信號，PCIO 存儲器卡I/O信號，PCNC 存儲器卡NC信號，Card0 提供IC卡座電源，SAM1-SAM4 提供SAM卡座電源，SW0-SW4讀寫IC卡、SAM卡是否插入的狀態(tài)。
可編程邏輯器件U101通過數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線方式連接于微型計算機總線與MCS-51單片機系列之間，且該可編程邏輯器件U101中的存儲器卡讀寫邏輯連接到讀卡座及其切換和驅(qū)動部分。
IC卡讀寫器的工作原理和流程如下1、PC機與MCS-51單片機系列的通信PC機通過可編程邏輯器件U101(EMP7128)與MCS-51單片機系列中的單片微處理器U102(89C51)通信，在可編程邏輯器件U101(EMP7128)中有數(shù)據(jù)通道邏輯和狀態(tài)通道邏輯的寄存器，這兩個寄存器通過地址譯碼邏輯使得PC機和單片微處理器U102(89C51)都能讀寫；當PC機要向單片微處理器U102(89C51)寫數(shù)據(jù)時，先將狀態(tài)通道邏輯的寄存器置位，并將數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)通道邏輯的寄存器；當單片微處理器U102(89C51)讀到狀態(tài)通道邏輯的寄存器是置位時，則從數(shù)據(jù)寄存器中讀出數(shù)據(jù)。
2、存儲器卡讀寫流程在可編程邏輯器件U101(EPM7128)中有一個存儲器卡讀寫邏輯，當PC機要讀寫存儲器卡時，先將電子開關(guān)U301(4053)切換到存儲器卡讀寫狀態(tài)，在PC機讀寫存儲器卡時，數(shù)據(jù)從PC機的數(shù)據(jù)總線通過可編程邏輯器件U101(EMP7128)，再通過電子開關(guān)U301(4053)到IC卡座J301。
3、CPU卡讀寫流程當要讀寫CPU卡時，首先PC機將電子開關(guān)U301(4053)切換到CPU卡讀寫狀態(tài)，在單片微處理器U102(89C51)要讀寫CPU卡時，數(shù)據(jù)從單片微處理器U102(89C51)的P1.0和P1.4通過電子開關(guān)U301(4053)到達IC卡座J301；同時CPU卡上的時鐘信號由晶振U21和非門U2D、U2E產(chǎn)生。
4、SAM卡讀寫流程當單片微處理器U102(89C51)要讀寫SAM卡時，首先PC機將電子開關(guān)U302、U303(4052)切換到4個SAM卡其中之一的SAM卡座上，在單片微處理器U102(89C51)要讀寫CPU卡時，數(shù)據(jù)從單片微處理器U102(89C51)的P1.1和P1.2通過電子開關(guān)U302、U303到達SAM卡座上，同時SAM卡上的時鐘信號由晶振U21和非門U2D、U2E產(chǎn)生。安全訪問模塊卡(SAM卡)主要是對IC卡座上的IC卡起身份認證作用。
在本實用新型的實施例之中詳細描述了IC讀卡器與PC機的標準工業(yè)總線(簡稱ISA總線)連接方式。另外當使用PC機的周邊元件擴展接口總線(簡稱PCI總線)時，IC讀卡器與PC機的PCI總線連接方式與ISA總線連接方式相同，只是PCI總線接口的插槽引腳定義與ISA總線不同而己，其工作原理和使用方法還是與ISA總線連接方式相同，故在此就不再費筆墨進行介紹了。
綜合上述，本實用新型的IC卡讀寫器具有如下特點和效果在實用新型的IC卡讀寫器中，對IC卡的識別和處理模塊是在PC機中通過總線來進行的，由于PC機的存儲器的巨大和可修改性，它能識別和處理的IC卡是無限制的。對于新開發(fā)的IC卡，只需將新卡的特性驅(qū)動程序通過軟盤或光盤裝入PC機中即可，在互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)(Intemet)時代，我們只需通過網(wǎng)絡(luò)下載即可。這樣本讀寫設(shè)備就是一個真正意義上的通用的IC卡讀寫器。
本實用新型的IC卡讀寫器可同時在4個SAM卡座之中各插入認證身份的SAM卡，極大地提高了使用IC卡的安全性，用戶可以非常放心地在網(wǎng)上購物，網(wǎng)上進行銀行帳戶管理等等。
本實用新型的IC卡讀寫器在硬件上加入了唯一序列碼，序列碼編碼方式采用Intemet Protocol Version 4(IPv4)方式，序列碼可以被網(wǎng)絡(luò)唯一標識，更提高了網(wǎng)絡(luò)IC卡安全性。
本實用新型的IC卡讀寫器采用的總線接口是目前PC機中的標準配置，PC機主板上一般有5-6個總線接口，用戶一般使用一個顯示卡和一個聲卡占用二個總線接口，因而有較多的空余接口供用戶使用。這樣很容易將IC卡讀寫器做成一個PC機的標準配置。
本實用新型的IC卡讀寫器改變了原來的串行接口與PC機相連的連接方式，采用總線方式與PC機連接，不僅極大地提高了傳輸速率，將近提高了20倍左右，而且把誤碼率降到0。
權(quán)利要求1.一種總線驅(qū)動的智能卡讀寫器，利用微型計算機總線作為數(shù)據(jù)交換的通信接口通過智能卡讀寫器來讀寫IC卡；包括對IC卡讀寫的單片機系列部分、讀卡座及其切換和驅(qū)動部分；其中對IC卡讀寫的單片機系列部分，包括單片微處理器、隨機存儲器、地址鎖存器；該單片微處理器、隨機存儲器、地址鎖存器通過數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線方式相連；讀卡座及其切換和驅(qū)動部分，包括時鐘脈沖邏輯和電源控制邏輯、存儲器卡和CPU卡讀寫的切換和驅(qū)動邏輯、SAM卡的卡座切換和驅(qū)動邏輯、IC卡與智能卡讀寫器連接的IC卡座、SAM卡與智能卡讀寫器連接的SAM卡座；其特征在于還包括智能卡讀寫器和微型計算機總線通信的接口部分；該智能卡讀寫器和微型計算機總線的接口部分包括微型計算機總線插槽和可編程邏輯器件；其中該可編程邏輯器件設(shè)置成具有數(shù)據(jù)通道邏輯、狀態(tài)通道邏輯、地址譯碼邏輯、控制總線邏輯、存儲器卡讀寫邏輯；該可編程邏輯器件通過數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線方式連接于微型計算機總線與單片機系列之間，且該可編程邏輯器件中的存儲器卡讀寫邏輯連接到讀卡座及其切換和驅(qū)動部分。
2.如權(quán)利要求1所述的總線驅(qū)動的智能卡讀寫器；其特征在于所述的微型計算機總線插槽為ISA總線插槽。
3.如權(quán)利要求1所述的總線驅(qū)動的智能卡讀寫器；其特征在于所述的微型計算機總線插槽為PCI總線插槽。
專利摘要本實用新型公開了一種總線驅(qū)動的智能卡讀寫器,利用微型計算機總線作為數(shù)據(jù)交換的通信接口通過智能卡讀寫器來讀寫IC卡;該智能卡讀寫器包括:對IC卡讀寫的單片機系列部分、讀卡座及其切換和驅(qū)動部分;其特點在于還包括智能卡讀寫器和微型計算機的ISA總線或PCI總線通信的接口部分。本實用新型能方便地區(qū)分及讀寫存儲器卡和CPU卡,且還具有數(shù)據(jù)處理速度快、應(yīng)用范圍廣、安全性能高等優(yōu)點。
文檔編號G06F13/38GK2424494SQ00217098
公開日2001年3月21日 申請日期2000年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月31日
發(fā)明者王吉明, 顧嘯, 徐鶴森, 方琍 申請人:上海華申智能卡應(yīng)用系統(tǒng)有限公司